선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 3) 하이브리드 강섬유가 혼입된 UHPC의 파괴에너지는 강섬유 혼입률과 인장강도에 비례해서 증가하였다. 실험결과를 바탕으로, 이 연구에서는 UHPC의 파괴에너지를 예측하기 위해 경험적인 방법을 사용하여 인장강도의 함수로 표현된 간단식을 제안하였다. 제안된 파괴에너지 식은 UHPC의 파괴에너지를 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다.
- 이 연구에서는 직접인장강도 실험을 통해 UHPC의 파괴거동을 살펴보고, 강섬유 혼입률에 따른 UHPC의 초기 균열강도와 인장강도, 그리고 파괴에너지 등을 제안하고자 한다.
- 이 연구에서는 하이브리드 강섬유가 혼입된 UHPC의파괴거동 특성을 알아보고자 총 90개의 노치도입 시편을 대상으로 직접인장실험을 수행하였다. 실험연구를 통해 얻은 결과는 다음과 같다.
가설 설정
- 기존의 많은 연구자들은 균열 선단에서의 특이성을 해소하기 위해 다양한 응력상태를 제안하고 있다.16) Dugdale은 균열 선단에서부터 파괴진행영역까지의 거리만큼 응력이 일정하다고 가정하였다.17)
- 가상 균열 모델에서는 응력-CMOD 곡선은 실험체의 크기와는 무관한 재료 물성치로 가정한다. 따라서 응력-CMOD 곡선의 형태와 재료의 인장 강도, 그리고 파괴에너지가 결정되면 응력-CMOD 곡선을 구할 수 있다.
- 5%를 기준으로 구분하였다. 그리고 Fig. 6(b)에서 보이는 바와 같이 UHPC의 인장강도는 압축강도에 대해 비선형적으로 증가하므로 이 연구에서는 압축강도의 2/3승에 비례한다고 가정하였다. 제안된 인장강도식은 강섬유 혼입률과 압축강도의 함수이다.
- 5 mm인 T6계열 실험체의 실험값이며, 탄성계수는 압축강도 실험에서 구한 값이다. 여기서, 인장을 받는 UHPC의 탄성계수는 압축을 받는 UHPC의 탄성계수와 동일하다고 가정하였다.
제안 방법
- 2 mm, 그리고 형상비(lf/df)는 길이가 19 mm인 경우는 95, 16 mm인 경우는 80이다. 19 mm와 16 mm 길이의 강섬유는 각각 부피비 기준 1.0%와 0.5%로 혼입하여 전체 부피비가 0.5%에서 2.0%까지 적용하였다. 이 연구에서 사용된 UHPC의 목표 설계기준강도는 180 MPa이다.
- 2) 하이브리드 강섬유가 혼입된 UHPC의 인장강도를 구하기 위해 강섬유 혼입률과 압축강도의 함수로 표현된 예측식이 제안되었다. 제안된 인장강도 예측식은 강섬유 혼입률이 0.
- 강섬유가 혼입된 UHPC의 인장거동을 알아보기 위해 인장응력-균열개구변위 관계를 구하였다. 초고성능 콘크리트 구조설계지침4)에서는 변형률 경화를 고려하여 Fig.
- 가정된 균열선단에서의 응력변화는 실험을 통해 증명되었다. 균열선단에서의 응력분포를 바탕으로 강섬유가 혼입된 UHPC의 균열선단에서의 최대응집응력을 구하였다.
- 5 mm 이하의 모래를 사용하였다. 물결합재비는 0.2이며, 충분한 유동성을 확보하기 위해 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하였다. 시멘트의 수화반응을 활성화시키고 입자들 사이의 공극을 메워 조직을 치밀하게 만들기 위해 평균입경 2 μm이고 SiO2의 함유율이 98%이상이며, 밀도가 2.
- 2(b)는 실험체 셋업을 보여준다. 변위제어 방식으로 100 kN 엑츄에이터를 사용해 직접인장강도 실험을 수행하였다. 가력 속도는 0.
- 결과적으로, 하이브리드 강섬유가 혼입된 UHPC의 파괴에너지는 강섬유 혼입률과 인장강도에 비례하는 것으로 나타났다. 실험결과를 바탕으로, 이 연구에서는 UHPC의 파괴에너지를 예측하기 위해 경험적인 방법을 사용하여 다음 식(4)와 같은 간단식을 제안한다
- 실험체는 지름 100 mm, 높이 200 mm의 원주형 공시체를 사용하여 각 배합당 5개씩 총 25개의 실험체가 제작되었다. 실험체는 2,000 kN 용량의 만능시험기(UTM)를 사용하여 변위제어 방법으로 0.3 mm/min 속도로 최종파괴 시까지 가력하였다. 실험체의 변형은 실험체 중앙부에 부착된 스트레인 게이지에 의해 측정되었다
- 이 연구에서 사용된 UHPC의 재료특성을 알아보기 위해 강섬유 혼입률별로 압축강도 실험을 수행하였다. 실험체는 지름 100 mm, 높이 200 mm의 원주형 공시체를 사용하여 각 배합당 5개씩 총 25개의 실험체가 제작되었다.
- 이 연구에서는 하이브리드 강섬유가 혼입된 UHPC의 직접인정실험을 통해 얻은 결과를 사용하여 변형경과 시균열선단에서의 최대응집응력, 인장강도, 파괴에너지, 그리고 특성길이 등이 제안되었다. 제안된 예측식들은 압축강도가 140~170 MPa이고, 강섬유 혼입률이 2% 이하인 UHPC에 적용가능 할 것으로 판단된다.
- 5) 강섬유가 혼입된 UHPC의 균열모델이 제안되었다. 제안된 균열모델은 총 4단계의 파괴모드로 구성되어 있으며, 이를 통해 강섬유 혼입에 따른 가교효과를 설명하였다. 가정된 균열선단에서의 응력변화는 실험을 통해 증명되었다.
- 2) 하이브리드 강섬유가 혼입된 UHPC의 인장강도를 구하기 위해 강섬유 혼입률과 압축강도의 함수로 표현된 예측식이 제안되었다. 제안된 인장강도 예측식은 강섬유 혼입률이 0.5% 이하일 때와 1% 이상일 때를 구분하여 제시되었다. 제안된 식을 이용하여 구한 UHPC의 인장강도는 실험값을 대체로 잘 예측하는 것으로 나타났다.
- 6(b)에서 보이는 바와 같이 UHPC의 인장강도는 압축강도에 대해 비선형적으로 증가하므로 이 연구에서는 압축강도의 2/3승에 비례한다고 가정하였다. 제안된 인장강도식은 강섬유 혼입률과 압축강도의 함수이다.
- 직접인장실험을 통해 구한 총 90개의 실험결과를 이용하여, 이 연구에서는 식(1), 식(2)와 같이 UHPC의 인장강도를 제안한다.
- 초고성능 콘크리트 구조설계지침4)에서 제시하고 있는 특성길이를 평가하기 위해 노치길이가 12.5 mm인 T6계열 실험체를 대상으로 강섬유 혼입률이 1%, 1.5%, 그리고 2%인 실험체의 특성길이를 조사하였다.
- 3 mm/min이다. 최대 강도 이후 연화 거동(softening behavior)을 알아보기 위해 노치에는 균열개구변위(crack mouth opening displacement, 이하CMOD)를 측정하기 위한 클립 게이지(clip gauge)가 설치되었으며, 분석에는 두 클립 게이지의 평균값을 사용하였다. UHPC의 인장변형률은 Fig.
- 실험체는 48시간 동안 90℃ 고온에서 증기양생 후 실험 때까지 상온에서 양생하였다. 콘크리트 경화가 끝난 후 콘크리트용 다이아몬드 칼을 사용하여 노치를 만들었다.
대상 데이터
- UHPC 제작에 사용된 강섬유는 길이가 19 mm와 16 mm인 직선형 강섬유가 사용되었다. 강섬유의 항복강도는 2,500 MPa, 직경은 0.
- 이 연구에서 사용된 하이브리드 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(이하 UHPC)는 굵은 골재를 사용하지 않고 길이가 19 mm와 16 mm인 강섬유를 혼입하여 160 MPa 이상의 높은 압축강도를 보인다. UHPC의 제작을 위해 보통 포틀랜드 시멘트가 사용되었으며, 반응성 분체로 분말도가 80,000 g/cm3인 지르코늄(Zirconium)을 사용하였다. 잔골재는 평균입경 0.
- 시편은 강섬유 혼입률에 따라 한꺼번에 제작되었으며, 각 시편당 3개씩 제작하였다. 따라서 실험에 사용된 시편의 총 개수는 90개이다.
- 9는 식(4)에서 구한 파괴에너지 예측값에 대한 실험값의 비를 강섬유 혼입률에 따라 나타낸 것이다. 비교를 위해 인장강도는 실험값을 사용하였다. 비교결과, 제안된 파괴에너지 식은 UHPC의 파괴에너지를 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다.
- 시멘트의 수화반응을 활성화시키고 입자들 사이의 공극을 메워 조직을 치밀하게 만들기 위해 평균입경 2 μm이고 SiO2의 함유율이 98%이상이며, 밀도가 2.6 g/cm3인 충전재(Filler)가 사용되었다.
- 17인 실험체의 노치길이는 현행 초고성능 콘크리트 구조설계지침에서 제시하고 있는 인장강도 시편의 노치길이와 같다. 시편은 강섬유 혼입률에 따라 한꺼번에 제작되었으며, 각 시편당 3개씩 제작하였다. 따라서 실험에 사용된 시편의 총 개수는 90개이다.
- 이 연구에서 사용된 UHPC의 재료특성을 알아보기 위해 강섬유 혼입률별로 압축강도 실험을 수행하였다. 실험체는 지름 100 mm, 높이 200 mm의 원주형 공시체를 사용하여 각 배합당 5개씩 총 25개의 실험체가 제작되었다. 실험체는 2,000 kN 용량의 만능시험기(UTM)를 사용하여 변위제어 방법으로 0.
-
3.2 실험체 제작과 실험방법
실험체는 초고성능 콘크리트 구조설계지침4)에 의해 직접인장실험 실험체로 제작되었다. Fig.
- 실험체의 변수는 강섬유 혼입률(Vf)과 초기균열 길이(a0)이다. 강섬유 혼입률은 0%, 0.
- 0%까지 적용하였다. 이 연구에서 사용된 UHPC의 목표 설계기준강도는 180 MPa이다.
- 이 연구에서 사용된 하이브리드 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(이하 UHPC)는 굵은 골재를 사용하지 않고 길이가 19 mm와 16 mm인 강섬유를 혼입하여 160 MPa 이상의 높은 압축강도를 보인다. UHPC의 제작을 위해 보통 포틀랜드 시멘트가 사용되었으며, 반응성 분체로 분말도가 80,000 g/cm3인 지르코늄(Zirconium)을 사용하였다.
- UHPC의 제작을 위해 보통 포틀랜드 시멘트가 사용되었으며, 반응성 분체로 분말도가 80,000 g/cm3인 지르코늄(Zirconium)을 사용하였다. 잔골재는 평균입경 0.5 mm 이하의 모래를 사용하였다. 물결합재비는 0.
- 2(a)는 직접인장강도용 노치 도입 공시체를 보여준다. 직접인장강도용 노치(notch) 도입 공시체의 실험구간의 길이는 150 mm, 폭은 75 mm이고 두께는 25 mm이다. 초고성능 콘크리트 구조설계지침4)에서는 직접인장 시편 중앙부의 균열을 유도하기 위해 중앙부 양쪽에 폭 2 mm, 깊이 12.
이론/모형
- 5-2, C2-2의 실험결과는 실험장비의 측정오류로 인해 다른 실험체와 큰 차이를 보여 분석에 사용되지 않았다. 탄성계수는 AFGC-SETRA3)에서 제시하고 있는 방법을 이용하여, 최대강도일 때의 변형률과 최대강도를 사용하여 구했다. UHPC의 탄성계수는 강섬유 혼입률이 증가함에 따라 다소 증가하는 것으로 나타났다.
성능/효과
- 3 MPa였다. 0.5%의 강섬유가 혼입된UHPC는 강섬유가 혼입되지 않은 무보강 UHPC에 비해 약 50%정도 강도 증진 효과가 있었으며, 1~2%의 강섬유가 혼입된 경우, 무보강 UHPC의 인장강도에 대한 강섬유 보강 UHPC의 인강강도 비는 3.6~3.9정도로 나타났다. 강섬유가 1% 이상 보강될 경우 개발된 UHPC의 인장강도는 높은 강도 증진 효과를 보여주었다
- 1) 강섬유 혼입률이 0%인 무보강 UHPC의 경우, 초기균열이 발생하는 시점이 명확하게 나타나지 않았으며, 균열 발생과 동시에 취성파괴가 발생하였다. 0.
- 기존 연구에 따르면, UHPC의 재료특성은 강섬유 혼입률, 섬유보강지수, 강섬유의 형상 등 다양한 변수에 따라 그 성능이 달라지는 것으로 알려져 있다.1,2) 강섬유가 혼입된 UHPC는 최대 압축강도가 200 MPa에 이르며, 탄성계수는 45~55 MPa, 그리고 인장강도는 10 MPa 이상의 값을 나타낸다. 기존의 일반강도 또는 고강도 강섬유 보강 콘크리트에 비해 인장성능을 향상시킨 UHPC가 건축물에 효율적으로 사용되기 위해서는 UHPC의 인장거동 특성이 규명될 필요가 있다.
- 5%일 때의 인장강도는 강섬유가 혼입되지 않은 무보강 콘크리트의 인장강도와 유사하게 나타났으며, 강섬유가 1% 이상 혼입될 경우 그 값이 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 1.5%의 강섬유가 혼입된 UHPC의 인장강도는 1%가 혼입된 실험체의 강도와 유사하게 나타났으며, 강섬유 혼입률이 2%일 때의 인장강도는 1%대의 강섬유가 혼입됐을 경우보다 다소 증가하는 것으로 나타났다. Fig.
- 3) 하이브리드 강섬유가 혼입된 UHPC의 파괴에너지는 강섬유 혼입률과 인장강도에 비례해서 증가하였다. 실험결과를 바탕으로, 이 연구에서는 UHPC의 파괴에너지를 예측하기 위해 경험적인 방법을 사용하여 인장강도의 함수로 표현된 간단식을 제안하였다.
- 현행 설계지침에서는 탄성구간이 끝나는 지점과 비선형구간이 시작하는 지점을 기준으로 직선으로 연결한 뒤 교점에서 초기균열 강도를 결정한다.4) Fig. 11에서 보이는 바와 같이,이 연구에서 제안하는 방법으로 구한 UHPC의 최대응집 응력은 강섬유 혼입률이 증가할수록 증가하였으나, 기존연구에서 제시하고 있는 초기균열강도는 강섬유 혼입률에 상관없이 거의 일정한 값을 나타냈다. 이러한 결과가 나타난 이유는 현행 설계지침에서 제시하고 있는 초기균열강도는 실험체에 최초로 균열이 발생하는 시점의 강도를 나타낸 것으로써 섬유의 혼입률과는 상관없이 시멘트 메트릭스의 강도에 영향을 받기 때문이다.
- 4) 강섬유가 혼입된 UHPC의 특성길이는 강섬유 혼입률의 영향을 받는 것으로 나타났다. 현행 설계기준에서 제시고 있는 특성길이는 실험값에 비해 다소 보수적으로 평가하고 있으므로 현행 설계지침에서 제시하고 있는 특정값을 사용하기보다는 실험결과를 사용하여 계산된 특성길이를 사용하는 것이 합리적이라 판단된다.
- 탄성계수는 AFGC-SETRA3)에서 제시하고 있는 방법을 이용하여, 최대강도일 때의 변형률과 최대강도를 사용하여 구했다. UHPC의 탄성계수는 강섬유 혼입률이 증가함에 따라 다소 증가하는 것으로 나타났다. 무보강 UHPC의 탄성계수는 42.
- Table 2는 압축강도 실험결과를 보여준다. UHPC의 평균 최대압축강도는 강섬유 혼입률이 증가할수록 증가하였으며, 특히 강섬유 혼입률이 1.5%부터 강도의 증가가 뚜렷이 나타났다. 여기서, 실험체 C0-3, C1.
- 5%, 그리고 2%일 때는 식(2)를 사용하여 구하였다. 강섬유 혼입률에 따른 예측된 인장강도에 대한 실험값의 비(fct, fct_pred)는 평균값이 1.08, 표준편차가 0.16으로 제안된 UHPC의 인장강도 예측식은 실험값을 대체로 잘 예측하는 것으로 나타났다.
- 6(a)는 강섬유 혼입률에 따른 인장강도를 보여준다. 강섬유 혼입률이 0.5%일 때의 인장강도는 강섬유가 혼입되지 않은 무보강 콘크리트의 인장강도와 유사하게 나타났으며, 강섬유가 1% 이상 혼입될 경우 그 값이 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 1.
- UHPC의 특성길이는 강섬유 혼입률의 영향을 받는 것으로 나타났다. 강섬유 혼입률이 증가할수록 특성길이는 증가하였으며, 이는 강섬유 혼입률이 증가할수록 UHPC의 연성이 증가하는 것을 의미한다. 강섬유 혼입률이 1%,1.
- 9정도로 나타났다. 강섬유가 1% 이상 보강될 경우 개발된 UHPC의 인장강도는 높은 강도 증진 효과를 보여주었다
- 결과적으로, 하이브리드 강섬유가 혼입된 UHPC의 파괴에너지는 강섬유 혼입률과 인장강도에 비례하는 것으로 나타났다. 실험결과를 바탕으로, 이 연구에서는 UHPC의 파괴에너지를 예측하기 위해 경험적인 방법을 사용하여 다음 식(4)와 같은 간단식을 제안한다
- 10에서 보이는 바와 같이 하중이 증가할수록 응집 응력은 점점 증가하였으며, 최대 응집응력을 지나서는 서서히 감소하였다. 미세균열의 균열폭이 점점 증가하여 시멘트 매트릭스가 파괴된 후, 균열 선단에서는 인장응력이 발생하게 되며, 인장응력은 최대인장강도에 도달한 이후 실험종료 시까지 서서히 감소하였다. 하지만, 강섬유가 혼입되지 않은 UHPC의 경우 최대응집응력에 도달한 이후의 변형률은 측정되지 않았다.
- 비교를 위해 인장강도는 실험값을 사용하였다. 비교결과, 제안된 파괴에너지 식은 UHPC의 파괴에너지를 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다.
- 강섬유 혼입률이 1%이상인 실험체의 경우, 초기균열 발생이후에도 강도가 계속 증가하는 경화현상이 발생하였다. 실험결과, UHPC의 인장강도는 강섬유 혼입률이 증가할수록 증가하였으며, 압축강도가 증가할수록 증가하는 것으로 나타났다.
- 여기서, P는 하중, b는 실험체 폭, 그리고 a0는 노치 길이를 나타낸다. 실험결과, 강섬유 혼입률이 0%인 무보강 UHPC는 초기균열이 발생하는 시점이 명확하게나타나지 않았으며, 균열 발생과 동시에 취성파괴가 발생하였다. 따라서 강섬유 혼입률이 0%인 UHPC의 균열 강도는 인장강도와 동일하다고 가정해도 무방하다.
- 압축강도가 증가할수록 인장강도는 증가하는 것으로 나타났다. 실험결과, 강섬유 혼입률이 1%일 때의 압축강도가 0.5%일 때의 압축강도보다 다소 작게 나타났음에도 불구하고 인장강도는 훨씬 크게 나타났다. 따라서 압축강도는 강섬유가 혼입된 UHPC의 인장강도에 영향을 끼치는 것으로 판단된다.
- 실험결과, 강섬유가 혼입되지 않은 무보강 UHPC의 평균 인장강도는 약 3.3 MPa였다. 0.
- 하지만, 강섬유가 혼입되지 않은 UHPC의 경우 최대응집응력에 도달한 이후의 변형률은 측정되지 않았다. 실험결과, 균열 선단에서의 응집응력은 강섬유 혼입률과 압축강도, 그리고 인장강도가 증가할수록 증가하였다. 최대강도일 때의 변형률은 0.
- 강섬유가 혼입되어 있는 강섬유 보강 콘크리트는 강섬유가 혼입되지 않은 무보강 콘크리트에 비해 연성적인 거동을 보인다. 실험결과에 의하면, 강섬유의 혼입률이 증가할수록 강섬유 보강 콘크리트의 인장강도와 변형이 증가하는 것으로 나타났다.5-14) 이러한 결과는 강섬유에 의한 가교효과(bridging effect)로 인해 발생하는 것으로 알려져 있다.
- 6(b)는 압축강도에 따른 인장강도를 보여준다. 압축강도가 증가할수록 인장강도는 증가하는 것으로 나타났다. 실험결과, 강섬유 혼입률이 1%일 때의 압축강도가 0.
- 14로 나타났다. 이 연구에서 제시하고 있는 UHPC의 인장강도예측식을 이용해서 구한 최대응집응력 예측식(식(7)과 (8))역시 Fig. 12에 나타낸 바와 같이 실험값을 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다.
- 6은 UHPC의 인장강도에 대한 강섬유 혼입률과 압축강도의 영향을 보여준다. 인장강도는 강섬유 혼입률과 압축강도가 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. Fig.
- 6) 이 연구에서는 초기균열이 발생한 이후 변형경화현상이 시작되는 지점의 강도를 나타내는 균열선단에서의 최대응집응력을 구하기 위해 인장강도의 함수로 표현된 간편식이 제안되었다. 제안된 간편식은 균열선단에서의 응력을 가정한 기존의 이론적인 배경을 바탕으로 결정되었으며, 실험값과 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다.
- 5% 이하일 때와 1% 이상일 때를 구분하여 제시되었다. 제안된 식을 이용하여 구한 UHPC의 인장강도는 실험값을 대체로 잘 예측하는 것으로 나타났다.
- 이 연구에서는 하이브리드 강섬유가 혼입된 UHPC의 직접인정실험을 통해 얻은 결과를 사용하여 변형경과 시균열선단에서의 최대응집응력, 인장강도, 파괴에너지, 그리고 특성길이 등이 제안되었다. 제안된 예측식들은 압축강도가 140~170 MPa이고, 강섬유 혼입률이 2% 이하인 UHPC에 적용가능 할 것으로 판단된다.
- 비교를 위해 인장강도는 실험값을 사용하였다. 비교결과, 제안된 파괴에너지 식은 UHPC의 파괴에너지를 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다.
- 특히, 강섬유 혼입률이 1.5%일 때, UHPC의 인장강도는 현행 기준에서 제시하고 있는 것과 같이 초기균열 길이가 12.5 mm (2a0/b = 0.17)일 때 가장 크게 나타났다.
- UHPC의 파괴에너지는 인장강도가 증가할수록 증가하였다. 파괴에너지는 강섬유 혼입률이 0%에서 1%까지 강섬유 혼입류에 따라 비례하여 증가하다가 1.5%이상일때부터 그 증가폭이 감소하는 것으로 나타났다.
- 4) 강섬유가 혼입된 UHPC의 특성길이는 강섬유 혼입률의 영향을 받는 것으로 나타났다. 현행 설계기준에서 제시고 있는 특성길이는 실험값에 비해 다소 보수적으로 평가하고 있으므로 현행 설계지침에서 제시하고 있는 특정값을 사용하기보다는 실험결과를 사용하여 계산된 특성길이를 사용하는 것이 합리적이라 판단된다.
후속연구
- 하지만, 굵은골재가 포함되지 않은 UHPC에 대한 파괴모델은 아직 제시된 바가 없으며, 기존 모델에서 가정하고 있는 균열선단에서의 응집응력(cohesive stress)은 실험적으로 증명된 바가 없다. 따라서 압축강도가 140 MPa 이상이고, 서로 다른 두 종류의 강섬유가 혼입된 하이브리드 강섬유 보강 초고성능 콘크리트에 대해 기존 강섬유 보강 콘크리트의 파괴모델의 적용 가능 여부를 알아보고, 이를 통해 UHPC의 파괴모델이 제시될 필요가 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.